斷腿再生?
縱觀整個自然界 , 只有蠑螈、海星等少數生物具有這個本領 。
但現在 , 來自美國塔夫茨大學和哈佛大學的科學家們 , 成功讓原本也不能自然再生的青蛙長出了后肢 。
這個新后肢 , 不僅包括皮膚和骨骼 , 血管和神經組織也一個都不少 。
青蛙也能用這個新后肢 , 再次接近正常狀態(tài)在水里游泳 。
這項研究成果刊登在最新一期的《Science Advances》 。
也許在遙遠的未來 , 人類擺脫假肢 , 也不是不可能?
通過五種混合藥物
本項實驗用到青蛙是非洲爪蟾 。
其養(yǎng)殖費用低 , 周期短 , 是發(fā)展生物學中的模式動物(模式動物 , 就是被科學家專門選中用來做實驗的動物) , 相信大家也不是第一次在科學實驗中聽到它們的名字了 。
在這項實驗中 , 研究人員首先在青蛙斷肢處裝上一個硅膠制的生物反應器 。
反應器內含有絲基水凝膠(silk-based hydrogel) , 里面提供了五種混合藥物 , 分別可以預防炎癥、抑制生成可能導致瘢痕的膠原蛋白 , 以及促進神經纖維、血管和肌肉這三種組織的生長 (BDNF、1,4-DPCA、RD5、GH和RA) 。
然后讓傷口在這些藥物中暴露24小時 , 之后立刻摘下裝置 , 不對青蛙們進行任何進一步干預 , 任由它們生活18個月(這組青蛙為MDT組) 。
在此期間 , 定期觀察和評估青蛙后肢的再生情況 。
注意 , 24小時這個時間是有講究的:
科學家觀察到 , 那些具備肢體再生能力的水生動物 , 都能在這個時間內迅速在殘端形成大量被稱為“芽基”的干細胞 , 這些細胞用于重建失去的身體部位 。
同時這些細胞所在的傷口處會立即生長好皮膚細胞作保護 。
青蛙們需要在這個時間內快速讓藥物“吸收”進身體 。
陸地上可再生肢體的動物由于接觸空氣或地面 , 一般都需要數天到數周完成傷口的愈合 。
除此之外 , 還有兩個對照組 , 一組只在24小時內給青蛙們裝上只含有絲基水凝膠、不含任何藥物的反應器(BD組) , 另一組則什么都不裝 , 直接進入生長室(ND組) 。
結果如下圖所示:
可以看到 , 最下面的MDT組 , 也就是用了五種藥物的斷肢青蛙在2.5月的時間內就長出了更長的組織(紅色虛線為截肢處) 。
在4個月時 , 延伸處形成了血管化結構;在9個月時 , 形成了類似“腳趾”狀的突起 , 并在第18個月時長得更像了 。
這些在BD組和ND組都沒有出現 。
CT掃描顯示 , MDT組長出了一段與自然肢體相似的骨骼結構 , 以及一段彌漫性骨骼(diffuse bone , 粉色箭頭處) 。
同時 , MDT組青蛙的新肢體在受到機械探針的刺激時 , 會引發(fā)強烈的踢腿反應 , 說明其神經細胞的存在 。
此外 , 這些青蛙在游向食物、避障等活動中表現得比另外兩組更加靈活 。
下一步:哺乳動物
在此之前 , 這個團隊也做過類似實驗 , 只用了一種藥物(黃體酮)也可以促進青蛙斷肢生長 。
只不過新肢體只能呈尖峰狀生長 , 與本次實驗所得的形狀和功能更正常的結果相去甚遠 。
接下來 , 該團隊將進一步探索藥物和生長因子的組合 , 讓青蛙再生肢體的形狀和功能更加完整 , 比如具有更像的蹼、腳趾、更詳細的骨骼和肌肉特征 。
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